(57)【要約】【課題】III 族窒化物系化合物半導体のｐ型化とｐ型領域を有する素子の形成【解決手段】III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）を平面上において部分的にイオン注入し、その後に、マグネシウム（Ｍｇ）を平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散させて、拡散領域をｐ型化する。そして、注入領域にシリコン（Ｓｉ）を添加してｎ型領域を形成する。これにより高抵抗の注入領域を排除することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、
前記III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）を平面上において部分的にイオン注入し、
その後に、前記マグネシウム（Ｍｇ）を平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散させて、拡散領域をｐ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項２】
前記マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入は、ｐ型化すべき領域において、平面上において、格子島状、格子状、又は、ストライプ状に、注入されることを特徴とする請求項１に記載のIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項３】
前記マグネシウム（Ｍｇ）を部分的にイオン注入した領域、又は、その領域を含む部分に、ドナー不純物を添加してｎ型領域を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項４】
III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、
前記III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、
その後に、前記マグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させて、拡散領域をｐ型化し、
その後に、イオン注入された領域又はその領域を含む部分にドナー不純物を添加してｎ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項５】
III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、
III 族窒化物系化合物半導体から成る第１層に、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、
その第１層の上にIII 族窒化物系化合物半導体から成る第２層を成長させ、
前記第２層に、前記第１層中のマグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させることにより、前記第２層をｐ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項６】
前記マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入は、前記第１層の平面上において格子島状、格子状、又は、ストライプ状に、注入されることを特徴とする請求項５に記載のIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法。
【請求項７】
マグネシウム（Ｍｇ）が平面上において部分的にイオン注入された注入領域と、
その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散してｐ型化されたｐ型領域と
を有することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体。
【請求項８】
前記ｐ型領域は、平面状の層を成し、その層の上に形成されたｎ型層を有することを特徴とする請求項７に記載のIII 族窒化物系化合物半導体。
【請求項９】
前記注入領域、又は、その注入領域を含む領域がドナー不純物が添加されたｎ型領域であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のIII 族窒化物系化合物半導体。
【請求項１０】
マグネシウム（Ｍｇ）がイオン注入された注入領域と、
その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型領域と、
前記注入領域又はその注入領域を含む領域にドナー不純物が添加されてｎ型化されたｎ型領域と
を有することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体。
【請求項１１】
III 族窒化物系化合物半導体から成るトランジスタにおいて、
マグネシウム（Ｍｇ）が部分的にイオン注入された注入領域であって、ドナー不純物が添加されたｎ型のエミッタ／ソース領域と、
前記エミッタ／ソース領域の周囲に形成され、前記注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型のベース／チャネル領域と、
前記ベース／チャネル領域を含み、その外側に形成されたｎ型のコレクタ／ドレイン領域と
を有することを特徴とするトランジスタ。
【請求項１２】
III 族窒化物系化合物半導体装置を絶縁分離する方法において、
ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体における分離領域に、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その後に、アニーリングにより周囲に熱拡散させてｐ型領域を形成することで、ｐｎ接合面を形成することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の絶縁分離方法。
【請求項１３】
前記マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入は、ｐ型化すべき領域において、平面上において、格子島状、格子状、又は、ストライプ状に、注入されることを特徴とする請求項１２に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置の絶縁分離方法。
【請求項１４】
III 族窒化物系化合物半導体装置において、
ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体と、
前記ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体の分離領域に形成されたマグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入された注入領域と、
前記注入領域のマグネシウム（Ｍｇ）を周囲のｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体に熱拡散させて形成されたｐ型領域とを有し
前記ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体と前記ｐ型領域とから成るｐｎ接合により絶縁分離したことを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置。
【請求項１５】
注入領域は、格子島状、格子状、又は、ストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族窒化物系化合物半導体のｐ型化方法、それによりｐ型化された領域を有するIII 族窒化物系化合物半導体、及びそのｐ型化された領域を有するトランジスタに関する。
また、III 族窒化物系化合物半導体装置の絶縁分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法としては、ＭＯＣＶＤ法でIII 族窒化物系化合物半導体を気相成長させる時に、Ｍｇを含む有機金属ガスを流しながらＭｇを成長する半導体層に取り込む方法がある。この方法は、後工程において、窒素雰囲気中で６００℃〜８００℃で加熱処理して水素を離脱させてＭｇを活性化させる必要がある。すなわち、ｐ型化のための後工程が必要であった。
【０００３】
また、下記特許文献１に示すように、ｃ軸に垂直な面を主面としたＧａＮ基板において、Ｍｇを平面一様にイオン注入して、ｃ軸に垂直な深さ方向に熱拡散して、イオン注入層よりも下層にｐ型層を形成する方法が知られている。
【０００４】
また、III 族窒化物系化合物半導体装置の絶縁分離方法としては、下記特許文献２に記載されているように、原子番号２０以上でかつII族原子のイオン注入により、高抵抗領域を形成する方法が知られている。この方法は、重い原子のイオン注入により格子欠陥を高密度で発生させて、電子の捕獲確率を高くすることで、イオン注入領域を高抵抗領域とする方法である。また、II族原子をイオン注入した後にアニーリングして、そのII族原子をＧａやＡｌ原子と置換させて、アクセプタを生成することで電子を捕獲して高抵抗を得る方法を示している。
【０００５】
また、下記特許文献３には、ｃ軸に垂直な面を主面としたＧａＮ基板において、Ｍｇを平面一様にイオン注入して、ｃ軸に垂直な深さ方向に熱拡散して、イオン注入層よりも下層にｐ型層を形成し、上層のイオン注入層をエッチングで除去する方法が開示されている。ｃ軸に垂直な方向をイオン注入方向とする理由は、その方向の拡散係数が大きいためである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８８９５４
【特許文献２】特開２００４−９５６４０
【特許文献３】特開２００４−２８８９５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１の方法によると、イオン注入した層よりも下層をｐ型層とし、イオン注入した層は結晶性が悪く高抵抗となり、電流通路や電極を形成する層として用いることができないために、エッチングして除去している。ところが、III 族窒化物系化合物半導体は、エッチングが困難であるという問題があり、現実的には、イオン注入した層を除去することは困難である。無理に、６００℃で加熱したＫＯＨ溶液でエッチングした場合には、Ｋイオンが表面に付着して、表面絶縁膜で、電流リークを発生させる原因となっている。
【０００８】
また、上記特許文献１の方法では、平面一様にｐ層を形成することはできても、層の中の一部の領域をｐ型領域とすることはできない。すなわち、トランジスタなどのように微細なｐ型領域を必要とするデバイスの製造は困難である。
【０００９】
上記特許文献２の方法は、格子欠陥密度が高過ぎると、欠陥中心を伝導するホッピング伝導により抵抗率が低下するので、これを回避するために、アニーリングして欠陥密度を低減させている。また、アニーリングが過剰に行われると、格子欠陥密度が低下し過ぎ、抵抗が減少するので、さらに、アニーリングによりアクセプタを発生させて、電子の捕獲密度を高めて、抵抗を高くする方法である。
【００１０】
特許文献２においては、Ｍｇをイオン注入することは、排除されている。Ｍｇはアニーリングにより浅いアクセプタ準位を形成するので、ｎ型の抵抗を減少させることを通り越して、ｐ型化させるために、上記のような絶縁分離には用いることができず、特許文献２の示唆するところではない。
【００１１】
一方、特許文献３には、Ｍｇをイオン注入して、その領域よりも下方にＭｇを熱拡散させてｐ型化する方法が開示されているが、半導体装置の絶縁分離に関しては、示唆するところがない。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、III 族窒化物系化合物半導体をエッチングすることなくｐ型化することである。
また、発明の他の目的は、部分的にｐ型化できるようにして、トランジスタなどのデバイスを提供できるようにすることである。
また、発明の他の目的は、微細領域のｐ型領域を有するIII 族窒化物系化合物半導体デバイスを実現することである。
また、発明の他の目的は、III 族窒化物系化合物半導体装置の効果的な絶縁分離をする方法及び絶縁分離されたIII 族窒化物系化合物半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明は、III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）を平面上において部分的にイオン注入し、その後に、マグネシウム（Ｍｇ）を平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散させて、拡散領域をｐ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法である。
【００１４】
ここで、マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入は、ｐ型化すべき領域において、平面上において格子島状、格子状、又は、ストライプ状に、注入されることが望ましい。本発明は、ある領域に部分的にＭｇをイオン注入して、その後に、熱拡散することを特徴としているので、イオン注入する領域は、水平方向にも拡散できるように面上において離散的に形成されていれば良いので、その領域の形状には限定されない。しかし、ストライプ状や格子島状、格子状にＭｇをイオン注入することで、ｐ型化領域に対して、Ｍｇの注入された高抵抗領域を微小領域やメッシュ状にすることで、高抵抗領域の影響を排除することができる。
【００１５】
また、マグネシウム（Ｍｇ）を部分的にイオン注入した領域、又は、その領域を含む部分に、ドナー不純物を添加してｎ型領域を形成しても良い。すなわち、Ｍｇをイオン注入した領域は高抵抗領域となるので、この領域にドナー不純物を添加してｎ型に変換することで、高抵抗領域を排除することができる。また、この部分をトランジスタにおけるソースやエミッタ、ドレインやコレクタなどの領域とすることができる。
【００１６】
また、請求項４の発明は、III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その後に、マグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させて、拡散領域をｐ型化し、その後に、イオン注入された領域又はその領域を含む部分にドナー不純物を添加してｎ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法である。
すなわち、本発明では、Ｍｇのイオン注入は、平面方向への拡散は任意であるが、必須とはしない。すなわち、Ｍｇのイオン注入は、平面上一様に行って、深さ方向にのみ熱拡散させて、注入領域の下方にｐ型領域を形成しても良い。そして、注入領域にドナー不純物を添加してｎ型領域とする。これにより、下方にｐ型層、上方にｎ型層とから成るｐｎ接合層を形成することができる。
【００１７】
また、請求項５の発明は、III 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法において、III 族窒化物系化合物半導体から成る第１層に、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その第１層の上にIII 族窒化物系化合物半導体から成る第２層を成長させ、第２層に、第１層中のマグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させることにより、第２層をｐ型化することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体をｐ型化する方法である。
この方法は、イオン注入した層よりも、あとで結晶成長させる層（上側）をｐ型化する方法である。すなわち、結晶成長層にＭｇをイオン注入して、その層の上に他のIII 族窒化物系化合物半導体を結晶成長して、Ｍｇを熱拡散させてｐ型化することが特徴である。例えば、Ｍｇがイオン注入された層が高抵抗を示す層として残っていても、基板に近い側の層であるので、基板の上部の層を素子領域とするデバイスに用いることができる。この場合には、エッチングをする必要がない。
【００１８】
なお、マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入は、第１層の平面上において格子島状、格子状、又は、ストライプ状に、注入されることが望ましい。
【００１９】
また、請求項７の発明は、マグネシウム（Ｍｇ）が平面上において部分的にイオン注入された注入領域と、その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散してｐ型化されたｐ型領域とマグネシウム（Ｍｇ）が部分的にイオン注入された注入領域と、その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型領域とを有することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体である。
すなわち、本発明では、水平断面図において、平面のｐ型領域と、その中に部分的に存在するＭｇがイオン注入された注入領域とを有する半導体である。
【００２０】
また、請求項８の発明は、ｐ型領域は、平面状の層を成し、その層の上に形成されたｎ型層を有することを特徴とする請求項７に記載のIII 族窒化物系化合物半導体である。
また、請求項９の発明は、注入領域、又は、その注入領域を含む領域がドナー不純物が添加されたｎ型領域であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のIII 族窒化物系化合物半導体である。
また、請求項１０の発明は、マグネシウム（Ｍｇ）がイオン注入された注入領域と、その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型領域と、注入領域又はその注入領域を含む領域にドナー不純物が添加されてｎ型化されたｎ型領域とを有することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体である。
すなわち、注入領域をｎ型領域として、ｐ型領域の中にｎ型領域が形成された半導体である。
【００２１】
さらに、請求項１１の発明は、III 族窒化物系化合物半導体から成るトランジスタにおいて、マグネシウム（Ｍｇ）が部分的にイオン注入された注入領域であって、ドナー不純物が添加されたｎ型のエミッタ／ソース領域と、エミッタ／ソース領域の周囲に形成され、注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型のベース／チャネル領域と、ベース／チャネル領域を含み、その外側に形成されたｎ型のコレクタ／ドレイン領域とを有することを特徴とするトランジスタである。
トランジスタとしては、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの横型又は縦型電界効果トランジスタや、縦型のＩＧＢＴ、横型又は縦型の接合型のトランジスタなど、ｐ型領域やｎ型領域を有する任意のトランジスタを用いることができる。
【００２２】
さらに、上記課題を解決するための請求項１２の発明は、III 族窒化物系化合物半導体装置を絶縁分離する方法において、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体における分離領域に、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その後に、アニーリングにより周囲に熱拡散させてｐ型領域を形成することで、ｐｎ接合面を形成することを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置の絶縁分離方法である。
【００２３】
本発明の分離領域は、素子間分離に用いるのであれば、素子領域の周囲に形成される。したがって、基板の表面において、ある幅の区画領域に、一様にＭｇがイオン注入されていることが望ましい。しかし、熱拡散によりｐ型領域を形成するので、この区画領域において、Ｍｇが格子島状、格子状、ストライプ状に、イオン注入されても良い（請求項１３）。また、深さ方向に絶縁分離する場合には、基板面に平行に面状に分離領域が形成される。この場合も、Ｍｇのイオン注入は、基板平面上、一様に行われても良いし、格子島状、格子状、ストライプ状に、イオン注入されても良い（請求項１３）。
【００２４】
また、請求項１４の発明は、III 族窒化物系化合物半導体装置において、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体と、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体の分離領域に形成されたマグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入された注入領域と、注入領域のマグネシウム（Ｍｇ）を周囲のｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体に熱拡散させて形成されたｐ型領域とを有し、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体とｐ型領域とから成るｐｎ接合により絶縁分離したことを特徴とするIII 族窒化物系化合物半導体装置である。
【００２５】
すなわち、本発明は、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体に、Ｍｇをイオン注入して、熱拡散することで、ｐ型領域を形成して、ｐｎ接合面を形成することで、絶縁分離構造を有するIII 族窒化物系化合物半導体装置である。
【００２６】
また、請求項１５の発明は、注入領域は、格子島状、格子状、又は、ストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のIII 族窒化物系化合物半導体装置である。
【発明の効果】
【００２７】
上記課題を解決するための第１の発明は、マグネシウム（Ｍｇ）を平面上において部分的にイオン注入し、その後に、マグネシウム（Ｍｇ）を平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散させて、拡散領域をｐ型化するようにしているので、イオン注入した高抵抗領域が拡散領域中に分散して形成されることになる。このため、高抵抗領域の存在が素子特性に影響を与えることがなく高抵抗領域を除去する必要がなくなる。また、エッチング工程が不要となる。
【００２８】
また、請求項２の発明は、マグネシウム（Ｍｇ）のイオン注入を、平面上において格子島状、格子状、又は、ストライプ状で行っているので、イオン注入後の熱拡散により形成されるｐ型領域において、高抵抗領域を効果的に分散させることができる。
また、請求項３の発明は、マグネシウム（Ｍｇ）を部分的にイオン注入した領域、又は、その領域を含む部分に、ドナー不純物を添加してｎ型領域を形成するようにしているので、高抵抗領域を排除できる。すなわち、イオン注入領域をｎ型に変換させることで、ｐｎ接合を形成することで、高抵抗領域を排除することができる。
【００２９】
また、請求項４の発明は、III 族窒化物系化合物半導体にマグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その後に、マグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させて、拡散領域をｐ型化し、その後に、イオン注入された領域又はその領域を含む部分にドナー不純物を添加してｎ型化しているので、III 族窒化物系化合物半導体において下側からｐ型層、その上にｎ型層を有するｐｎ接合層を形成することができる。
【００３０】
また、請求項５の発明によると、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入した第１層の上にIII 族窒化物系化合物半導体から成る第２層を成長させ、第２層に、第１層中のマグネシウム（Ｍｇ）を熱拡散させることにより、第２層をｐ型化することで、高抵抗領域の上にｐ型層を形成することが可能となる。すなわち、素子の表面側の層を機能層とすれば、素子の下方に高抵抗層があっても、素子を実現することができるので、この型の素子に、エッチングを用いることなく、ｐ型層を形成するのに本発明を用いることができる。
【００３１】
また、請求項６の発明によると、Ｍｇのイオン注入は、第１層の平面上において格子島状、格子状、又は、ストライプ状に行っているので、高抵抗領域を分散させることができ、素子への影響を排除することができる。
【００３２】
また、請求項７の発明によると、マグネシウム（Ｍｇ）が平面上において部分的にイオン注入された注入領域と、その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が平面上水平方向及び平面に垂直な方向に熱拡散してｐ型化されたｐ型領域とを有していることから、高抵抗の注入領域の存在が素子に与える影響を小さくすることができる。
【００３３】
また、請求項８の発明によると、ｐ型領域は、平面状の層を成し、その層の上に形成されたｎ型層を有することで、各種のデバイスを形成することができる。
また、請求項９の発明によると、注入領域、又は、その注入領域を含む領域をドナー不純物を添加されたｎ型領域とすることで、高抵抗領域を排除して、ｐｎ接合を有した素子を形成することができる。
【００３４】
請求項１０の発明によると、マグネシウム（Ｍｇ）がイオン注入された注入領域と、その注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型領域と、注入領域又はその注入領域を含む領域にドナー不純物が添加されてｎ型化されたｎ型領域とをしているので、下側にｐ型層、上側にｎ型層の配置されたｐｎ接合層を有した半導体とし、デバイスに用いることができる。
【００３５】
請求項１１の発明によると、マグネシウム（Ｍｇ）が部分的にイオン注入された注入領域であって、ドナー不純物が添加されたｎ型のエミッタ／ソース領域と、エミッタ／ソース領域を含み、その外側に形成された注入領域からマグネシウム（Ｍｇ）が熱拡散してｐ型化されたｐ型のベース／チャネル領域と、ベース／チャネル領域を含み、その外側に形成されたｎ型のコレクタ／ドレイン領域とを有することで、III 族窒化物系化合物半導体を用いたトランジスタを実現することができる。
【００３６】
請求項１２、１４の発明によると、ｎ型のIII 族窒化物系化合物半導体における分離領域に、マグネシウム（Ｍｇ）をイオン注入し、その後に、アニーリングにより周囲に熱拡散させてｐ型領域を形成することで、ｐｎ接合面を形成して、そのｐｎ接合面により、絶縁分離することができる。また、ｐ型領域の内部のＭｇのイオン注入領域は、高抵抗のまま残るので、この部分も絶縁分離に寄与する。このようにして、エッチングなどの技術を用いることなく、III 族窒化物系化合物半導体において絶縁分離を実現することができる。
【００３７】
請求項１３、１５の発明によると、Ｍｇのイオン注入を、分離領域において、離散的に配置した小区間において行っているので、その後のアニーリングによるＭｇの熱拡散を効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
III族窒化物系化合物半導体には、２元、３元、又は４元の「Ａｌ1-x-y Ｇａy Ｉｎx Ｎ；０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれる。結晶性の観点から、ｐ型領域には、ＧａＮを用いるのが最も望ましい。 III族窒化物系化合物半導体には、上記の組成式においては、上記の III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などで置換されているものでも良い。
【００３９】
結晶成長基板には、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、その他のIII 族窒化物系化合物半導体などから成る基板などを用いることができる。基板をIII 族窒化物系化合物半導体とする場合には、上記の基板上に、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、ＬＰＥなどにより、III 族窒化物系化合物半導体をヘテロ成長させたり、ＥＬＯ成長などによって形成した後、その基板を除去することで、III 族窒化物系化合物半導体基板を得ることができる。また、Ｇａ金属をフラックス中に溶融させて、窒素を含むガスを供給しながら、液相成長させるフラックス法により、III 族窒化物系化合物半導体基板を得ても良い。
また、Ｍｇのイオン注入のエネルギーは、１０〜２００ｅＶの範囲を用いることができる。また、アニリーングによる熱拡散の温度は、６００〜１５００℃の範囲を採用することができる。アニーリングの雰囲気は、窒素ガス、不活性ガスを用いることができる。結晶中で、Ｍｇに結合したＨを除去するために、水素原子を含む雰囲気は、望ましくない。  以下、実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本実施例のｐ型化の方法を示している。基板１１にＧａＮ基板を用いた。基板１１の表面にＳｉＯ2 膜をスパッタリングにより５００ｎｍの厚さに形成した。このＳｉＯ2 膜の上にフォトレジストを一様に塗布して、露光、現像して、フォトレジストを幅８００ｎｍ、間隔８００ｎｍの格子状に形成した。その後、格子状のフォトレジストをマスクとして、窓部のＳｉＯ2 膜をエッチングして、ＳｉＯ2 膜を幅８００ｎｍ、間隔８００ｎｍの格子状に形成した。この結果、窓１３は８００ｎｍ角の格子島状に形成されている。
【００４１】
次に、その格子状に形成されたＳｉＯ2 膜１２をマスクとして、基板１１の上方から、Ｍｇイオンを３０ｅＶに加速してイオン注入（打ち込み）を行った。このイオン注入のエネルギーは、１０〜２００ｅＶの範囲とすることができる。注入量は３×１０15/cm2 である。これにより、窓１３の下方の基板１１の領域に、８００ｎｍ角の格子島状に、Ｍｇの密度１×１０19/cm3 の注入領域１４が形成された。
【００４２】
次に、ＳｉＯ2 膜１２をＨＦ溶液によりエッチングして除去した。次に、基板１１の表面上に一様に厚さ３００ｎｍにＳｉＯ2 膜をスパッタリングにより形成して、１１００℃で１時間、窒素雰囲気中でアニーリングした。これにより、注入領域１４のＭｇを水平方向（ｘ軸方向）と深さ方向（ｙ軸方向）とに拡散させた。ＳｉＯ2 膜を用いるのは、アニーリング工程において、基板１１のＧａＮの窒素の離脱を防止するためである。このようにして、厚さ５００ｎｍ、ホール濃度４×１０16/cm3 のｐ型領域１５を形成した。
【００４３】
このように、本実施例では、Ｍｇをイオン注入した後、熱拡散によりｐ型領域を形成するのが特徴であり、高抵抗の注入領域を後でエッチングする必要がない。また、注入領域１４は高抵抗領域となるが、格子島状に形成されているので、素子としての機能上の影響を小さくできる。また、注入領域１４を８００ｎｍ角、間隔を８００ｎｍにしているが、たとえば、注入領域１４を２００ｎｍ角にして間隔は８００ｎｍとしても良い。すなわち、注入領域１４の一辺の長さを、たとえば、間隔の１／４にするように、注入領域１４を拡散領域であるｐ型領域１５に対して十分に小さくするようにしても良い。このようにすることで、高抵抗の注入領域１４の素子への影響をより排除することができる。なお、イオン注入領域は、格子島状に形成しても、任意に分散されたドット島状に形成しても良い。また、ストライプ状や格子状に形成されていても良い。
【実施例２】
【００４４】
図３に示すように、ＧａＮから成る基板１１の表面からＭｇを平面上一様にイオン注入して第１層である注入領域１６を形成する。次に、ＭＯＣＶＤ法により、注入領域１６の上にＧａＮを成長させて第２層を形成する。次に、表面を実施例１と同様にＳｉＯ2 膜で覆った後、１１００℃でアニーリングして、注入領域１６のＭｇを第２層１７に熱拡散させてｐ型層とする。次に、ＳｉＯ2 膜を除去した後に、次に、第２層１７の上にＳｉを添加したｎ型のＧａＮを成長させてｎ層１８を形成する。このようにして、基板１１に近い側からｐ層、ｎ層とを有するｐｎ接合を形成することができる。素子領域は基板の表面側に形成されるので、素子の底側に高抵抗の注入領域１６が存在していても、素子の機能には影響を与えない。
【００４５】
なお、熱拡散は、次の工程で行っても良い。注入領域１６を形成した後に、その注入領域１６の上にＧａＮ層を形成し、さらに、その上にＳｉを添加したＧａＮ層を形成する。この後、表面をＳｉＯ2 膜で覆って、１１００℃でアニーリングしてＭｇを上のＧａＮ層に熱拡散してｐ型領域の第２層１７を形成しても良い。これにより、第２層１７のｐ型層と、その上のｎ型層とで、ｐｎ接合を形成するようにしても良い。
なお、注入領域１６は、Ｍｇを一様に注入したが、実施例１と同様と同様に格子島状、格子状、ストライプ状や、その他の分散したドット状に形成しても良い。
【実施例３】
【００４６】
図４は、縦型の電界効果トランジスタを示している。Ｓｉの添加されたｎ型のＧａＮから成る基板２０の表面にＳｉＯ2 膜を一様に形成して、フォトリソグラフィを用いて、イオン注入する領域に窓を有したマスクを形成する。このＳｉＯ2 を用いて３０ｅＶのイオンエネルギーでＭｇをイオン注入した。これにより、注入領域２１を形成した。次に、基板２０の表面を一様にＳｉＯ2 膜で覆って、１１００℃の温度で、アニーリングして、注入領域２１のＭｇを基板２０の面に平行な方向と垂直な方向との周辺に熱拡散させて、注入領域２１を内包するようにｐ型領域２２を形成した。
【００４７】
次に、注入領域２１よりも狭い範囲にＳｉをイオン注入して１１００℃でアニーリングして、注入領域２１の全体をｎ型のＧａＮとした。次に、通常の縦型のトランジスタと同様に基板２０の表面にＳｉＯ2 から成る保護膜２３を形成し、注入領域２１の位置に窓を形成して、Ａｌを蒸着してソース電極２５を形成した。また、保護膜２３の上に多結晶シリコンから成るゲート電極２４を形成し、さらに、保護膜２３で覆って、保護膜２３の中にゲート電極２４を形成した。また、基板２０の裏面にＡｌを蒸着してドレイン電極２６を形成した。
【００４８】
これにより、注入領域２１は、ｎ型のソース領域、拡散領域であるｐ型領域２２はチャネル領域となり、ｎ型のＧａＮから成る基板２０がドレイン領域となる。このようにして、ｐ型領域２２の基板表面部であってゲート電極２４の直下部分をチャネルとするｎチャネル縦型ＦＥＴを構成することができる。半導体には、ＧａＮを用いているが、当然に、任意組成と組成比のIII 族窒化物系化合物半導体を用いることができる。
【００４９】
本発明は、注入領域にドナー不純物を添加してトランジスタのｎ型領域とするものであるので、当然に、縦型のＦＥＴの他、横型のＦＥＴ、ＨＥＭＴ構造にも用いることができる。
【実施例４】
【００５０】
図５に示すように、ｎ型のＧａＮから成る基板３０の表面からＭｇを３０ｅＶのエネルギーで平面上一様にイオン注入して注入領域３１を形成した。その後、この基板３０を１１００℃でアニーリングして、Ｍｇを下方に熱拡散させて、拡散領域であるｐ型領域３２を形成した。次に、上面の注入領域３１にのみ浅くＳｉをイオン注入して、アニーリングをして、注入領域３１の全体をｎ型のＧａＮとした。これにより、下方にｐ型層と上方にｎ型層とを有する素子を形成得ることができる。
【００５１】
もちろん、注入領域３１において、Ｍｇを一様に注入したが、実施例１と同様と同様に格子島状、格子状、ストライプ状や、その他の分散したドット状に形成しても良い。そして、この注入領域３１を含む所定厚さの層にＳｉを添加してその層をｎ型層としても良い。
【実施例５】
【００５２】
図６は、本実施例５の絶縁分離方法を示している。基板にｎ型のＧａＮ基板５０を用いた。基板５０の上面には、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させたｎ型のＡｌＧａＮ層５１が形成されている。本実施例は、ＧａＮ基板５０とＡｌＧａＮ層５１との界面に２次元電子ガスを形成するＨＥＭＴの素子間絶縁分離に用いた例である。ＡｌＧａＮ層５１の表面にＳｉＯ2 膜をスパッタリングにより５００ｎｍの厚さに形成した。このＳｉＯ2 膜の上にフォトレジストを一様に塗布して、露光、現像して、分離領域Ａ，Ｂに該当する位置に窓の形成されたフォトレジストマスクを形成した。その後、そのフォトレジストをマスクとして、窓部のＳｉＯ2 膜をエッチングして、分離領域Ａ，Ｂに該当する位置に窓１３の形成されたＳｉＯ2 膜５２を形成した。
【００５３】
次に、そのＳｉＯ2 膜５２をマスクとして、ＡｌＧａＮ層５１の上方から、Ｍｇイオンを３０ｅＶに加速してイオン注入（打ち込み）を行った。このイオン注入のエネルギーは、１０〜２００ｅＶの範囲とすることができる。注入量は３×１０15/cm2 である。これにより、窓５３の下方のｎ型のＡｌＧａＮ層５１とｎ型のＧａＮ基板５０との領域に、Ｍｇの密度１×１０19/cm3 の注入領域５４が形成された。
【００５４】
次に、ＳｉＯ2 膜５２をＨＦ溶液によりエッチングして除去した。次に、ＡｌＧａＮ層５１の表面上に一様に厚さ３００ｎｍにＳｉＯ2 膜をスパッタリングにより形成して、１１００℃で１時間、窒素雰囲気中でアニーリングした。これにより、注入領域５４のＭｇを水平方向（ｘ軸方向）と深さ方向（ｙ軸方向）とに拡散させた。ＳｉＯ2 膜を用いるのは、アニーリング工程において、ＧａＮ基板５０とＡｌＧａＮ層５１の窒素の離脱を防止するためである。このようにして、注入領域５４の外側に幅５００ｎｍ、ホール濃度４×１０16/cm3 のｐ型領域５５を形成した。
【００５５】
このように、ｐ型領域５５とその周囲のｎ型のＧａＮ基板５０とｎ型のＡｌＧａＮ層５１との間で、ｐｎ接合面Ｑが形成される。そして、ｐ型領域５５をアース（負電位）とすることで、素子間絶縁分離が行われる。また、ｐ型領域５５の内部に高抵抗の注入領域５４が形成されている。この注入領域５４はアニーリングによっても抵抗は低下しない。よって、この注入領域５４も素子の絶縁分離に寄与することになる。
【００５６】
本実施例では、窓５３の領域において、Ｍｇを一様にイオン注入しているが、これを格子島状、格子状、ストライプ状にイオン注入しても良い。その後に、Ｍｇを熱拡散させて、窓５３部にｐ型領域を深さ方向に形成することができる。
【実施例６】
【００５７】
図７に示すように、ｎ型のＧａＮから成る基板６０の表面からＭｇを平面上一様にイオン注入して注入領域６６を形成する。注入量は３×１０15/cm2 である。次に、ＭＯＣＶＤ法により、注入領域６６の上にｎ型のＧａＮを５００ｎｍの厚さに成長させてｎ型の半導体層６７を形成する。次に、表面を実施例１と同様にＳｉＯ2 膜で覆った後、１１００℃でアニーリングして、注入領域６６のＭｇをｎ型の半導体層６７に熱拡散させて、厚さ１００ｎｍのｐ型層６８を形成する。このようにして、ｐ型層６８とｎ型の半導体層６７とでｐｎ接合面Ｓを形成することで、面状の素子間分離領域Ｓを形成することができる。この時、注入領域６６は、アニーリングが施されても、高抵抗を保持しているので、ｐｎ接合面Ｓと共に絶縁分離に寄与している。
本実施例では、注入領域６６において、Ｍｇを一様にイオン注入しているが、これを格子島状、格子状、ストライプ状にイオン注入しても良い。その後に、Ｍｇを熱拡散させて、上方向にｐ型層６８を形成することができる。
【実施例７】
【００５８】
実施例５と実施例６とを組み合わせても良い。すなわち、実施例６のように図７の構成の基板を得た後、ｎ型のＧａＮから成るｎ型の半導体層６７の上に、ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させたｎ型のＡｌＧａＮ層５１を形成する。その後は、本図８のｎ型の半導体層６７を実施例５の図６のｎ型のＧａＮ基板５０と見做して、実施例５と同様な方法で装置を形成する。なお、ｐ型領域５５は、ｐ型層６８と接続するように、Ｍｇの熱拡散を行う。このようにすれば、素子Ｄの周囲と底面がｐｎ接合面で絶縁分離することが可能となる。
【００５９】
なお、Ｍｇの注入領域５４を注入領域６６に至るまで、深く形成しても良い。そうすれば、ｐｎ接合面の外側に、さらに、素子Ｄの周囲を囲む高抵抗領域（注入領域５４、６６）が形成されることになり、さらに、絶縁性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、III 族窒化物系化合物半導体のｐ型化の方法、ｐ型領域やｎ型領域を有する素子、III 族窒化物系化合物半導体の絶縁分離方法、絶縁分離されたIII 族窒化物系化合物半導体装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１−Ａ】本発明の具体的な実施例１に係る製造工程を示した基板の断面図。
【図１−Ｂ】同実施例１に係る製造工程を示した基板の断面図。
【図２】同実施例１の製造工程を示した基板の平面図。
【図３】実施例２に係る半導体の構成を示した断面図。
【図４】実施例３に係るトランジスタの構成を示した断面図。
【図５】実施例４に係る半導体の断面図。
【図６】本発明の具体的な実施例５に係る半導体装置の構成を示した断面図。
【図７】本発明の具体的な実施例６に係る半導体装置の構成を示した断面図。
【図８】本発明の具体的な実施例７に係る半導体装置の構成を示した断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１１…基板
１２…ＳｉＯ2 膜
１３…窓
１４…注入領域
１５…ｐ型領域
１６…注入領域
１７…第２層
１８…ｎ層
２０…基板
２１…注入領域
２２…ｐ型領域
２３…絶縁膜
２４…ゲート電極
２５…ソース電極
２６…ドレイン電極
５０…ｎ型のＧａＮ基板
５１…ｎ型のＡｌＧａＮ層
５２…ＳｉＯ2 膜
５３…窓
５４…注入領域
５５…ｐ型領域
６０…基板
６６…注入領域
６７…ｎ型の半導体層
６８…ｐ型層
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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